CO conversion over dual-site catalysts by the Water-Gas Shift Reaction for fuel cell applications : comparative mechanistic and kinetic study of gold and platinum supported catalysts
par Olivier Thinon
Thèse de doctorat en Catalyse
Sous la direction de Yves Schuurman.
Soutenue le 23-10-2009
à Lyon 1 , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....) , en partenariat avec Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône) (laboratoire) .
Le président du jury était Daniel Bianchi.
Le jury était composé de Priscilla Felgines Avenier, Fabrice Diehl.
Les rapporteurs étaient Pascal Granger, Frédéric Meunier.
- Réaction de gaz à l’eau
- Purification de l’hydrogène
- Désorption programmée en température
- Mécanisme deux-sites
- Cinétique
- Gaz à l'eau
- Piles à combustible à hydrogène
- Catalyseurs métalliques
- Cinétique chimique
mots clés
-
Titre traduit
Conversion du CO sur des catalyseurs deux-sites par la réaction de gaz à l'eau pour des applications piles à combustible : étude comparative de la cinétique et du mécanisme pour des catalyseurs à base d'or et de platine
-
Résumé
Les piles à combustible, alimentée par de l’hydrogène, représentent une solution prometteuse pour limiter la pollution. L’une des alternatives économiques envisagées à court et moyen terme est de produire l’hydrogène à partir d’un carburant tel que le méthane ou le bio-éthanol. Cette transformation a pour objectif d’obtenir un mélange de gaz riche en hydrogène avec une très faible teneur en CO, ce dernier étant un poison pour les piles de type PEM. La réaction de Water-Gas Shift (WGS) est une étape clé du procédé ; elle convertit CO en CO2 par réaction avec l’eau et fournit une quantité d’hydrogène supplémentaire. Des catalyseurs métalliques (Pt, Pd, Ru, Rh, Au, Cu) supportés sur des oxydes (CeO2, TiO2, ZrO2, Fe2O3, CeO2/Al2O3) ont été comparés dans des conditions de WGS identiques en présence de CO2 et H2. Une étude cinétique a été réalisée sur les catalyseurs Pt/CeO2, Au/CeO2, Pt/TiO2 et Au/TiO2. Les énergies d’activation apparentes et les ordres de réaction ont été déterminés à partir d’un modèle de type loi de puissance. Un mécanisme réactionnel avec deux sites a été proposé pour décrire les différentes activités des 4 catalyseurs. Des expériences de désorption programmée en température ont été réalisées pour déterminer les paramètres cinétiques sur le support
- Water-Gas Shift
- H2 purification
- Temperature-programmed desorption
- Dual-site mechanism
- Kinetics
mots clés
-
Résumé
The Fuel Cells are promising solution to reduce the air pollution. One of the cost-efficient alternatives is to produce hydrogen from another fuel such as methane or bio-ethanol. A hydrogen fuel processor consists in generating a hydrogen-rich mixture and reducing the carbon monoxide content, as PEM fuel cells are very low CO tolerance. One of these units is the water-gas shift reactor, which converts CO into CO2 by the reaction with water and provides additional hydrogen. Catalysts based on a metal (Pt, Pd, Ru, Rh, Au, Cu) supported on an oxide (CeO2, TiO2, ZrO2, Fe2O3, CeO2/Al2O3) were compared for the WGS reaction in the same conditions and in the presence of CO2 and H2. A kinetic study was conducted on catalysts Pt/CeO2, Au/CeO2, Pt/TiO2 and Au/TiO2. A power law rate model was used to determine apparent activation energies and reaction orders. A dual-site reaction mechanism was proposed to explain the different activities between the four catalysts. The sorption parameters of H2O and CO2 on the supports was quantitatively determined from temperature-programmed desorption experiments
